Классификация помещений и условий работ по степени

опасности поражения током

По условиям размещения электроустановки делят на закрытые (или внутренние) и открытые (или наружные). Закрытыми являются электроустановки, размещенные внутри здания (или судна), защищающего их от атмосферных воздействий. Открытые – это такие электроустановки, которые не защищены от атмосферных воздействий. Электроустановки, защищенные только навесами, сетчатыми ограждениями, рассматриваются как открытые (наружные).

Опасность поражения людей электрическим током в значительной мере зависит от особенностей окружающей среды и окружающей обстановки. Наличие в помещении сырости, едких паров разрушающе действует на изоляцию электроустановок и повышает опасность поражения током.

Повышенную опасность создают также находящиеся вблизи от электрооборудования металлические предметы, токопроводящие полы или стены, соединенные с землей. В этих условиях человек может прикоснуться к корпусу электрооборудования, случайно оказавшемуся под напряжением, и к одному из этих предметов, что будет связано с прохождением через человека большого тока.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) устанавливают следующую классификацию помещений по степени опасности поражения током:

1. Помещения с повышенной опасностью, которые характеризуются наличием хотя бы одного из следующих признаков: 1) сырость – относительная влажность длительно превышает 75 %; 2) высокая температура, превышающая постоянно или периодически 30 ^оС; 3) наличие токопроводящих (металлических, земляных, бетонных или железобетонных) полов; 4) выделение токопроводящей пыли (металлической, угольной); 5) возможность одновременного касания человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электроустановок – с другой.

2. Помещения особо опасные. Особую опасность создает наличие хотя бы одного из следующих факторов: 1) особая сырость – относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы покрыты влагой), 2) наличие химически активной или органической среды – в помещении содержатся агрессивные пары, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования, 3) одновременное наличие двух или более признаков повышенной опасности.

3. Помещения без повышенной опасности. Они характеризуются отсутствием всех перечисленных выше условий повышенной и особой опасности.

Важное практическое значение имеет то, что территории размещения наружных электроустановок (ЭУ) приравниваются к особо опасным помещениям.

Приведенная выше классификация имеет большое значение для выбора мер электробезопасности, типа и исполнения электрооборудования. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных меры безопасности должны быть наиболее полными.

В помещениях с большой влажностью должно быть установлено водозащищенное (IР55) электрооборудование. При выделении пыли, которая может гореть и взрываться, устанавливается взрывозащищенное оборудование. При выделении пыли, опилок, сажи, а также на складах устанавливается закрытое (IР54) электрооборудование. Если производственные процессы протекают с выделением химически активных веществ, влаги или пыли, то применяемое взрывозащищенное оборудование должно быть также защищено от воздействия химически активной среды, сырости и пыли.

Технические средства обеспечения электробезопасности

Все ЭУ должны быть выполнены таким образом, чтобы предотвращалось или уменьшалось до допустимого уровня воздействие на человека следующих ОВПФ:

электрического тока;

электрической искры и дуги;

движущихся частей изделия;

частей изделия, нагревающихся до высоких температур;

опасных и вредных материалов, используемых в конструкции изделия, а также опасных и вредных веществ, выделяющихся при его эксплуатации;

шума и ультразвука;

вибрации;

электромагнитных полей, теплового, оптического и рентгеновского излучения.

Кроме того, конструкция ЭУ должна соответствовать также требованиям, направленным на снижение вероятности возникновения пожаров от:

электрической искры и дуги;

частей изделия, нагревающихся до высоких температур, в том числе от воздействия электромагнитных полей;

применения пожароопасных материалов, используемых в изделии, выделяющих опасные и вредные вещества при эксплуатации и хранении.

Для обеспечения безопасности в электротехнических изделиях могут использоваться:

изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, двойная, усиленная);

малое напряжение в электрических цепях; малым является переменное напряжение, не превышающее 42 В, и постоянное напряжение, не превышающее 110 В. При наличии неблагоприятных условий, когда опасность поражения электрическим током усугубляется теснотой, неудобным положением работающего, соприкосновением с большими металлическими хорошо заземленными поверхностями (например, работа в котлах, колодцах, на понтонах), для питания ручных светильников должно применяться напряжение не выше 12 В;

элементы для осуществления защитного заземления металлических нетоковедущих частей изделия, которые могут оказаться под напряжением (при на-

рушении изоляции, режима работы изделия и т.п.);

элементы, отключающие изделие от сети, когда доступные прикосновению части изделия оказываются под напряжением;

оболочки для предотвращения возможности случайного прикосновения к токоведущим, движущимся, нагревающимся частям изделия;

блокировки для предотвращения ошибочных действий и операций;

экраны и другие средства защиты от опасного и вредного воздействия электромагнитных полей, теплового, оптического и рентгеновского излучения;

средства удаления образующихся в процессе эксплуатации опасных и вредных веществ;

элементы, предназначенные для контроля изоляции и сигнализации о ее повреждении, а также для отключения изделия при уменьшении сопротивления изоляции ниже допустимого уровня;

предупредительные надписи, знаки, окраска в сигнальные цвета и другие средства сигнализации об опасности (только в сочетании с другими мерами обеспечения безопасности);

выполнение требований эргономики.

Электрическая схема изделия должна исключать возможность его самопроизвольного включения и отключения, а конструкция изделия – возможность неправильного присоединения сочленяемых токоведущих частей при монтаже изделий у потребителя.

Электротехнические изделия, назначение которых не требует класса защиты человека от поражения током II или III, должны быть оборудованы элементами для заземления: болт, винт, шпилька и т.п., выполненными из металла, стойкого к коррозии, или покрытыми металлом, защищающим от коррозии. Указанные элементы и контактные площадки не должны иметь поверхностной окраски. Элементы для заземления должны быть размещены в безопасном и удобном для подключения заземляющего проводника месте. Возле этого места помещается нестираемый при эксплуатации знак заземления.

Наименьший диаметр резьбы болта (винта, шпильки) и диаметр контактной площадки для присоединения заземляющего проводника выбираются по току – см. ГОСТ 12.2.007.0. Так при токе до 16 А минимальный диаметр резьбы – М4, а диаметр контактной площадки – 12 мм, от 16 до 25 А – соответственно М5 и 14 мм, от 25 до 100 А – М6 и 16 мм.

Значение сопротивления между заземляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью ЭУ, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ома.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Устройство защитного заземления является одной из основных мер электробезопасности и широко применяется в организациях. Оно предназначено для защиты работающих от поражения током при прикосновении к частям электроустановок, которые при нормальной эксплуатации не находятся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения или плохого состояния изоляции, а также по другим причинам. Такими частями могут быть корпуса электрических машин, трансформаторов, приборов, каркасы распределительных щитов, корпуса светильников и установочной арматуры, металлические оболочки кабелей и др.

Защитное заземление устраняется в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, а в сетях напряжением выше 1000 В – с любым режимом нейтрали. При нормальном напряжении сети от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока заземление выполняется при наличии признаков повышенной или особой опасности.

Заземляющее устройство – это совокупность конструктивно объединенных заземляющих проводников и заземлителя. Различают естественные и искусственные заземлители. Естественные заземлители – это металлические заглубленные конструкции или арматура железобетонных конструкций. Нельзя использовать в качестве заземлителей трубопроводы для горючих жидкостей, а также горючих или взрывоопасных газов.

Искусственные заземлители предназначены только для заземления, в качестве их используют: вертикальные электроды – отрезки труб, стальные прутки – стержни диаметром до 20 мм, длиной 2,5-5 м, ввертываемые или забиваемые вертикально в землю; горизонтальные проводники – стальные полосы сечением не менее 4х40 мм и стержни, укладываемые горизонтально в траншеи на глубину 0,5-0,7 м.

Некоторые типы групповых заземлителей (на практике обычно применяются не одиночные заземлители, а групповые, состоящие, например, из нескольких вертикальных электродов и горизонтальной соединительной полосы) показаны на рис. 2.3

На промышленных предприятиях чаще применяются заземлители, изображенные на рис 2.3, б, в, д, а для заземления передвижных установок – на рис. 2.3, г.

Рис 2.3. Типы групповых заземлителей:

а – сетчатый; б – контурный; в, д - полосовой заглубленный

с расположенными в ряд вертикальными электродами; г – полосовой

с вертикальными электродами (соединительная полоса или провод –

вне земли): 1 – вертикальные электроды; 2 – сетка; 3 – контур;

4 – соединительная полоса; 5 – заземляющий проводник,

ОРУ и ЗРУ – открытое и закрытое распределительное устройство.

Схемы заземления приведены на рис.2.4.

Рис. 2.4. Принципиальные схемы заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью; б – в сети с напряжением выше 1000 В

с заземленной нейтралью: 1 – заземляемое оборудование; 2 – заземлитель

защитного заземления; 3 – заземлитель рабочего заземления.

Правильно рассчитанное защитное заземление должно снижать до допустимых величин напряжение прикосновения U_h и напряжение шага U_ш, т.е.

; (2.4)

; (2.5)

где , - предельно допустимые значения напряжений прикосновения и шага, В.

Напряжение прикосновения равно разности между полным напряжением U_з на корпусе электроустановки при замыкании на него тока и потенциалом φ_х точки поверхности пола или земли, на которой находится человек:

(2.6)

Напряжение шага – это напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек:

(2.7)

где с - длина шага, равная 0,8-1 м.

Величины U_з, φ_х, I_з (ток замыкания) R_з и R_из (сопротивления соответственно заземления и изоляции исправных фаз) показаны на рис. 2.5

Рис. 2.5. Схема функционирования защитного заземления

Сила тока, проходящего через тело человека, попавшего под напряжение прикосновения, имеет значение

(2.8)

где ρ_s – удельное сопротивление поверхности земли в месте опоры ступней человека, Ом·м;

R_h – удельное сопротивление тела человека, Ом·м.

Напряжение прикосновения определяют как долю от напряжения U_з на корпусе, т.е.

U_h = α_прU_з = α_прI_з R_з, (2.9)

где α_пр – коэффициент напряжения прикосновения, α_пр ≤ 1.

Из выражения (2.8) и (2.9) следует

I_h = α_прI_з R_з(2ρ_s+ R_h) (2.10)

Из формулы (2.10) видно, что чем меньше сопротивление R_з растеканию тока с заземлителей, тем меньше будет сила тока, протекающего через тело человека, попавшего под напряжение прикосновения. Поэтому величина R_з нормирована и обеспечение нормативных требований к величине R_з составляет цель проектирования заземляющих устройств.

Обычно проектирование ведут в таком порядке.

1. Определяют расчетное удельное сопротивление ρ_расч грунта в месте заложения заземляющего устройства

ρ_расч = ψρ_изм, (2.11)

где ψ – коэффициент сезонности, для вертикальных электродов длиной до 3 м, ψ = 1,0-1,9 м;

ρ_изм – измеренное удельное сопротивление грунта, Ом·м.

2. Выбирают тип заземляющего устройства и материалы для его изготовления (трубы, прутки, полосы, уголки и т.д.).

3. Определяют сопротивление одиночного заземлителя. Для трубчатого заглубленного вертикального заземлителя это сопротивление R_од будет составлять:

(2.12)

где l_т, d – длина и диаметр трубы, м;

t – расстояние от середины трубы до поверхности грунта, м.

Если найденное R_од ≤ R_н – нормативные требования к сопротивлению заземления, то расчет прекращают. В противном случае переходят к следующему этапу.

4. Определяют количество n заземлителей:

n = R_од / R_нη_в,

где η_в – коэффициент использования вертикальных электродов группового заземлителя, изменяющийся от 0,36 до 0,94 и определяемый по специальным таблицам.

5. Находят сопротивление R_п горизонтальной соединительной полосы:

(2.13)

где l_п, b – длина и ширина полосы; t_o – заглубление полосы, м.

l_п ≥ 1,05 аn, (2.14)

где а - принятое расстояние между заземлителями, м.

Находят общее сопротивление R_o растеканию тока заземляющего устройства:

R_o= 1/(η_вn / R_o + η_г / R_п), (2.15)

где η_г – коэффициент использования горизонтальной соединительной полосы, равный 0,19-0,96.

Если групповой заземлитель имеет определенный вид (см. рис. 2.3, г), то его общее сопротивление растеканию тока может быть вычислено по приближенной формуле

(2.16)

где l, d, t – указаны на рис. 2.3;

k_в - коэффициент влияния вертикальных электродов, равный 0,25-0,89.

Изложенная выше методика основана на том, что удельное электрическое сопротивление земли не меняется с глубиной («однородная» по электрической структуре земли). Учет неоднородности электрической структуры земли («двухслойная» и «многослойная» земля) приводит к сложным и громоздким формулам для расчета заземления, выполнить который можно при помощи ЭВМ.

Если параллельно с искусственными можно использовать и естественные заземлители (что понижает общие затраты на сооружение заземляющего устройства), то допустимое сопротивление искусственного заземлителя , будет составлять:

(2.17)

где R_e – сопротивление естественных заземлителей.

Заземлению как мере электробезопасности свойственны определенные недостатки: устройство его требует иногда больших затрат, не обеспечивается отключение замкнувшегося на корпус электрооборудования. Поэтому применены и другие меры защиты – зануление и защитное отключение.

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевым защитным называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока (трансформатора) (рис. 2.6).

Рис 2.6. Схема работы зануления

Зануление применяется в электрических сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В этих сетях, кроме силовых проводов (А-В-С), имеется нулевой провод (N). Обычно такие сети и используют для распределения электрической энергии на береговых предприятиях, поэтому зануление – основная мера обеспечения электробезопасности на предприятиях.

При занулении замыкание любой из фаз на корпус электроприемника приводит к появлению тока короткого замыкания. Он воздействует на токовую защиту (предохранители с плавкими вставками, автоматы). Ее срабатывание приводит к быстрому отключению аварийного участка электроцепи. Кроме того, наличие повторных заземлений нулевого провода (см. рис. 2.6), которые должны иметь сопротивление растеканию тока R_n ≤ 30 Ом, снижает напряжение на корпусе относительно земли еще до срабатывания защиты.

Повторные заземления выполняют на концах воздушных линий длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий в ЭУ, которые подлежат заземлению.

Надежное и быстрое отключение аварийного участка электроцепи при наличии зануления обеспечивается выполнением условия

l_к∙з ≥ kl_н, (2.18)

где l_к∙з – сила тока короткого замыкания, А;

k – коэффициент безопасности, равный 3 – для плавких предохранителей, 1,2-1,4 – для автоматов (во взрывоопасных помещениях повышается);

l_н – номинальная сила тока плавкий вставки предохранителя или уставки автомата.

Для обеспечения условия (2.18) соответствующим образом подбираются фазные и нулевые защитные проводники. Их общее сопротивление должно удовлетворять неравенству

(2.19)

где Z_ф, Z_н – допустимые полные сопротивления фазного и нулевого проводов, определяемые по справочникам, Ом; U_ф – фазное напряжение, В; Z_т – полное

сопротивление трансформатора, Ом (табл. 2.5).

Таблица 2.5